UNIDADE 0 - INTRODUÇÃO UNIDADE - INTRODUÇÃO. UNIDADE 0 - INTRODUÇÃO Descoberta por um filosofo grego chamado Tales de Mileto que, ao esfregar um âmbar

UNIDADE 0 - INTRODUÇÃO


Eletricidade e Mecânica

História da EletricidadeEngenharia ElétricaCarga Elétrica e Força ElétricaCondutores e IsolantesProcessos de EletrizaçãoCampo ElétricoForça ElétricaPotencial Elétrico

UNIDADE - INTRODUÇÃO



• Descoberta por um filosofo grego chamado Tales de Mileto que, ao esfregar um âmbar a um pedaço de pele de carneiro, observou que pedaços de palhas e fragmentos de madeira começaram a ser atraídas pelo próprio âmbar.

• Do âmbar (gr. élektron) surgiu o nome eletricidade.

• No século XVII foram iniciados estudos sistemáticos sobre a eletrificação por atrito, graças a Otto von Guericke. Em 1672, Otto inventa uma maquina geradora de cargas elétricas onde uma esfera de enxofre girava constantemente atritando-se em terra seca.

• Meio século depois, Stephen Gray faz a primeira distinção entre condutores e isolantes elétricos.



• Durante o século XVIII as maquinas elétricas evoluem até chegar a um disco rotativo de vidro que é atritado a um isolante adequado. Uma descoberta importante foi o condensador, descoberto independentemente por Ewald Georg von Kleist e por Petrus van Musschenbroek. O condensador consistia em uma maquina armazenadora de cargas elétricas. Eram dois corpos condutores separados por um isolante delgado.

• Mas uma invenção importante, de uso pratico, foi o pára-raios, feito por Benjamin Franklin. Ele disse que a eletrização de dois corpos atritados era a falta de um dos dois tipos de eletricidade em um dos corpos.



• No século XVIII foi feita a famosa experiência de Luigi Aloisio Galvani em que potenciais elétricos produziam contrações na perna de uma rã morta.

• A descoberta dos potenciais elétricos foi atribuída por Alessandro Volta que inventou a pilha voltaica que consistia em uma serie de discos de cobre e zinco alterados, separados por pedaços de papelão embebidos por água salgada. Com essa invenção, obteve-se pela primeira vez uma fonte de corrente elétrica estável. Por isso, as investigações sobre a corrente elétrica aumentaram cada vez mais.



• Tem início as experiências com a decomposição da água em um átomo de oxigênio e dois de hidrogênio. Em 1802, Humphry Davy separa eletronicamente o sódio e o potássio.

• Mesmo com a fama das pilhas de Volta, foram criadas pilhas mais eficientes. John Frederic Daniell inventou-as em 1836 na mesma época das pilhas de Georges Leclanché e a bateria recarregável de Raymond Louis Gaston Planté.



• O físico Hans Christian Örsted observa, em 1820, que um fio de corrente elétrica age sobre a agulha de uma bússola. Com isso, percebe-se que há uma ligação entre magnetismo e eletricidade (tem início o estudo do eletromagnetismo).

• Em 1831, Michael Faraday descobre que a variação na intensidade da corrente elétrica que percorre um circuito fechado induz uma corrente em uma bobina próxima. Uma corrente induzida também é observada ao se introduzir um ímã nessa bobina. Essa indução magnética teve uma imediata aplicação na geração de correntes elétricas. Uma bobina próxima a um ima que gira é um exemplo de um gerador de corrente elétrica alternada.



• Os geradores foram se aperfeiçoando até se tornarem as principais fontes de suprimento de eletricidade empregada principalmente na iluminação.

• Em 1875 é instalado um gerador em Gare du Nord, Paris, para ligar as lâmpadas de arco da estação. Foram feitas maquinas a vapor para movimentar os geradores, e estimulando a invenção de turbinas a vapor e turbinas para utilização de energia hidrelétrica. A primeira hidrelétrica foi instalada em 1886 junto as cataratas do Niágara.

• Para se distribuir a energia, foram criados inicialmente condutores de ferro, depois os de cobre e finalmente, em 1850, já se fabricavam os fios cobertos por uma camada isolante de guta-percha vulcanizada, ou uma camada de pano.



• A Publicação do tratado sobre eletricidade e magnetismo, de James Clerk Maxwell, em 1873, representa um enorme avanço no estudo do eletromagnetismo. A luz passa a ser entendida como onda eletromagnética, uma onde que consiste de campos elétricos e magnéticos perpendiculares à direção de sua propagação.



• Heinrich Hertz, em suas experiências realizadas a partir de 1885, estuda as propriedades das onde eletromagnéticas geradas por uma bobina de indução; nessas experiências observa que se refletidas, refratadas e polarizada, do mesmo modo que a luz. Com o trabalho de Hertz fica demonstrado que as ondas de radio e as de luz são ambas ondas eletromagnéticas, desse modo confirmando as teorias de Maxwell; as ondas de radio e as ondas luminosas diferem apenas na sua frequência.

• Hertz não explorou as possibilidades práticas abertas por suas experiências. Mais de dez anos se passaram até que Guglielmo Marconi utilizou as ondas de radio no seu telegrafo sem fio. A primeira mensagem de radio é transmitida através do Atlântico em 1901. Todas essas experiências vieram abrir novos caminhos para a progressiva utilização dos fenômenos elétrico sem praticamente todas as atividades do homem.

• Fonte: www.forp.usp.br



Espectro Eletromagnético



O Engenheiro eletrecista é o profissional que se preocupa com sistemas que produzem, transmitem e medem sinais elétricos. A engenharia elétrica combina modelos de fenômenos naturais desenvolvidos pelos físicos com as ferramentas dos matemáticos paras produzir sistemas que atemdem necessidades práticas.

•Sistemas de comunicação: Geram, Transmitem e distribuem as informações;•Sistemas de computação: Processam as informações•Sistemas de controle: Regulam os processos;•Sistemas de potência: Geram e distribuem energia elétrica;•Sistemas de processamento de sinais: Agem sobre os sinais elétricos que representam as informações.

Engenharia Elétrica



Carga Elétrica e Força Elétrica

++-

--++

+--

neutro

++-

--++

+-

+ ---+

++-

-Positivo Negativo

+ +

- -

+ -

Mesma Natureza

Naturezas Diferentes

F

F

F

F

F

F

Unidade da Força[F]= N - newtons

Carga elétrica é uma propriedade da matéria. Está no interior do átomo sendo positiva para prótons e negativa para os elétrons.

Unidade da carga: [Q]=C - coulomb

A carga elementar, que corresponde a carga do próton ou do elétron é: Q=-1,6 10-19 CA carga na matéria é quantizada, ou seja, qualquer quantidade de carga, positiva ou negativa é multiplo da carga elementar.



Condutores e Isolantes

Processos de EletrizaçãoEm média, na natureza, os corpos são neutros, mas podem adquirir cargas positivas ou negativas por processo de eletrização que são basicamente três:

•Atrito:

•Indução

•Contato

Condutores são materiais que conduzem facilmente eletricidade pois os elétrons da última camada estão fracamente ligados podendo ficarem livres devido à energia térmica do meio. Exemplo: Cobre, alumínio, ouro.Isolantes que não conduzem eletricidade pois os elétrons da ultima camada são fortemente ligados ao núcleo, impossibilitando este fenômeno.



Campo ElétricoAlteração da propriedade do espaço devido a presença da carga elétrica.• O campo elétrico é radial e foi descrito for Faraday• Como é uma grandeza vetorial, diverge da carga positiva e converge para a carga

negativa.Observe as figuras.

Campo Elétrico Uniforme



Lei de Coulomb

Força Elétrica

+ + F

F

+ + F

F

+ + F

F

2

1

dF

+ + F

F

+ + F

F

+ +F

F

BAQQF

AQ AQBQ BQ 2d

QQF BA

2d

QQKF BA

K=9 109Nm2/C2

[d] = metrosConstante dielétrica

E

A carga Q inserida na região submetida a um campo E uniforme fica sujeita a uma força F dada por:

EQF

[Q] = C – coulomb[F] = N – newtons[E] = N/C – newtons/coulomb+

++++

++++ + F

Q

-F Q



Campo Elétrico de uma carga pontualEQF

Lembrando que:

E que pela lei de Coulomb: 2d

QQKF BA

Considerando-se que a carga QA esteja submetida ao campo elétrico da carga QB:

2

2

2

d

QKE

d

QKE

d

QQKEQ

B

BAA

É o módulo do campo elétrico produzido por uma carga puntiforme.

Se for representar vetorialmente: E>0, se Q>0 o vetor aponta para fora da carga radialmente; E<0, se Q<0 o vetor aponta para dentro da carga radialmente .

Potencial Elétrico

+++++

++++ + eF

Q

E

1V 2V 3V

1d 2d 3d

F

Associado ao campo elétrico, há uma grandeza escalar que é o potencial elétrico, definido como: Trabalho da força elétrica, por unidade de carga, realizado para transportar

uma carga teste do infinito até uma posição qualquer no interior do campo elétrico. Da mesma forma, a diferença de potencial nada mais é do que o potencial da posição final da carga menos o potencial da posição inicial. Matematicamente: a diferença de potencial (ddp) acima para transportar a carga que de V3 até V1 é,

V13=V1-V3• No caso da placa infinita, o campo elétrico é uniforme e é dado por V= Ed onde d é

a distância entre a carga teste e a placa e é o campo elétrico produzido pela placa.• A unidade do potencial elétrico é no SI [V] = V – volt• Cada plano paralelo à placa, o potencial não varia. Portanto estes plano são

chamados de superfícies equipotenciais.



Potencial Elétrico• Desta forma se a carga teste for deslocada na mesma superfície equipotencial, a

força elétrica não realizará trabalho sobre a mesma. O mesmo acontecerá se a carga for transportada para qualquer região do espaço onde haja o campo elétrico produzido pela placa e retornar a esta superfície.

• Portando o campo elétrico é um campo conservativo a exemplo do campo gravitacional.

• Finalizando o cálculo da ddp na placa do slide anterior

V1=Ed1

V3=Ed3

V13=E(d1-d3)

• Para o caso das carga puntuais temos:

+

-d

+V

-V

+Módulo do potencial diminui com a distância

Sinal do potencial depende da carga.

d

KQV Expressão para o potencial



Nome prefixoPotên-cia de

dezdeci d 10-1

centi c 10-2

mili m 10-3

micro m 10-6

nano n 10-9

pico p 10-12

fento f 10-15

ato a 10-18

Submúltiplos das Grandezas

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